科学家利用光波实现加速超电流,并获得量子世界的独特性质,包括有朝一日可能应用于高速量子计算机、通信和其他技术的禁光发射。艾奥瓦州立大学物理学和天文学教授、该项目负责人、美国能源部艾姆斯实验室资深科学家王继刚(音译)表示:科学家们在超电流中看到了意想不到的东西,超电流是在超低温下没有阻力地穿过材料的电流,打破了对称性,经典物理定律所禁止的。

艾姆斯实验室率先使用太赫兹频率的光脉冲(每秒数万亿个脉冲)在超电流中加速电子对,即所谓的库珀对。在这种情况下,研究人员跟踪了加速电子对发出的光。发现是“二次谐波光发射”,也就是用来加速电子入射光频率的两倍,这类似于颜色从红色光谱转移到深蓝色。这些二次谐波太赫兹辐射在超导体中被禁止,这违背了传统观点。

研究的合作者包括阿拉巴马大学伯明翰分校物理学教授兼主席伊利亚斯·佩拉基斯(Ilias Perakis)、雷蒙德·R·霍尔顿工程学教授雷蒙德·R·霍尔顿(Raymond R.Holton)和威斯康星大学麦迪逊分校西奥多·H·格巴勒(Theodore H.Geballe)教授,其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。佩拉基斯表示:禁光发射让我们能够接触到一类奇异的量子现象(也就是原子小尺度上的能量和粒子)称为被禁止的安德森伪自旋进动。

这些现象是以已故的菲利普·W·安德森(Philip W.Anderson)的名字命名,安德森是1977年诺贝尔物理学奖的共同获得者之一,他对玻璃等缺乏规则结构无序材料中的电子运动进行了理论研究。新研究是通过一种名为量子太赫兹光谱学的工具来实现,这种工具可以可视化并引导电子。使用太赫兹激光闪光作为控制旋钮来加速超电流,并获得新的和潜在有用的物质量子态。国家科学基金会支持该仪器的开发,以及目前对禁光发射的研究。

科学家们说,对这一现象和其他量子现象的了解有助于推动重大创新。就像今天的千兆赫晶体管和5G无线路由器在半个多世纪前取代了兆赫真空管或热离子阀一样,科学家们正在寻找设计原则和新颖设备的飞跃,以实现量子计算和通信能力。想方设法控制、获取和操纵量子世界的特殊特征,并将它们与现实世界的问题联系起来,这是如今一项重大的科学努力。国家科学基金会已将量子研究纳入其对国家至关重要未来研发的‘十大想法’中。

超导态对称性破缺的测定和理解,是基础量子物质发现和实用量子信息科学的新前沿。二次谐波产生是一个基本的对称探针,这将有助于发展未来的量子计算策略和高速度、低能耗的电子产品。然而,在能够到达那里之前,研究人员需要对量子世界进行更多的探索。超导体中这种被禁止的二次谐波光发射,代表了“量子物质的一个基本发现”。

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博科园|研究/来自:爱荷华州立大学

研究发表期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.207003

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科学家实现加速超电流、开启禁光发射,获得量子世界的独特性质!

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科学家利用光波实现加速超电流,并获得量子世界的独特性质,包括有朝一日可能应用于高速量子计算机、通信和其他技术的禁光发射。